Непосредственная функция свай в фундаментах глубокого заложения — сохранять структурную прочность и целостность под нагрузкой.

Построение профиля структурной целостности выполненной на заводе или пробуренной непосредственно на площадке сваи отражает все факторы влияния:

• подземные условия,
• качество грунта или бетона,
• метод строительства,
• качество изготовления.

Под воздействием свайного молота сваи подвергаются нагрузкам, которые в случае чрезмерного воздействия могут вызвать структурные повреждения. Оценка структурной целостности забивных и буронабивных свай может быть удобно и экономично выполнена с использованием средств неразрушающего контроля (НК), известная также как тест на целостность сваи(Pile Integrity Test — PIT).

Неразрушающие методы контроля свай

В процессе забивки готовых свай возможно возникновение дефектов, при изготовлении буронабивных свай также возможно образование различных дефектов.

ГОСТ 5686-94 регламентирует следующее количество испытаний:

•  до 1 % от общего количества свай на данном объекте, но не менее 6 штук — динамической нагрузкой (забивные сваи);
• до 0,5 % от общего количества свай на данном объекте, но не менее 2 штук — статической нагрузкой.

Вероятность того, что испытана будет именно дефектная свая, мала. В свою очередь, если при испытании статической или динамической нагрузкой будет обнаружена дефектная свая, процент доверия ко всем сваям на площадке снижается.

Методы неразрушающего контроля свай, используемые ЗАО «Геострой»:

1. Метод акустического сканирования
2. Сейсмоакустический метод (SIT)

Остановимся подробнее на рассмотрении положительных и отрицательных аспектов этих методов.

1. Метод акустического сканирования (две скважины и более)

Излучатель и приемник находятся в разных проводящих трубках, при этом важно, чтобы при сканировании они располагались на одном уровне. Для этих испытаний проводящие отверстия формируются заранее с помощью двух стальных или пластиковых труб. Дефекты, которые находятся между трубками, хорошо определяются, но поскольку не происходит радиального сканирования, за пределами трубок существует «мертвая зона», дефекты в которой определить невозможно.

Исследовать основную часть тела сваи можно, используя необходимое число труб (рисунок 2). Количество проводящих труб значительно увеличивается с диаметром сваи (рисунок 3).

 

Рисунок 2. Принципиальная схема ультразвукового сканирования

Рисунок 3. Схема сканирования свай: а) сканирование по трем направлениям измерений; б) сканирование по периметру и диагоналям (шесть направлений измерения)

Скорость испытания соответствует скорости предыдущего испытания.

Стоимость испытания так же зависит от затрат на устройство проводящих труб.

2. Сейсмоакустический метод

Сейсмоакустический метод обладает рядом преимуществ перед вышеперечисленными методами. Основными из них, конечно, являются низкая стоимость проведения работ при высокой скорости испытаний и возможность испытывать сваи в составе существующего ростверка. Видимо, по этим причинам испытания сейсмоакустическим методом приобретают все большую популярность и завоевывают доверие инженеров на строительных площадках Санкт-Петербурга.

Остановимся подробнее на рассмотрении этого метода.

Испытания проводятся в соответствии со стандартом ASTM D5882-00.

В основе испытаний на сплошность сейсмоакустическим методом лежит теория распространения упругой волны в теле исследуемого объекта. Такая волна возбуждается в свае с помощью импульса от удара инструментального молотка, который создает входной силовой импульс продолжительностью менее 1 мс, и не вызывает какого-либо повреждения в результате воздействия (рисунок 7).

Отраженная волна фиксируется при помощи акселерометра, который устанавливается так, чтобы его измерительная ось располагалась параллельно оси сваи. Далее сигнал передается на персональный компьютер.

Программное обеспечение позволяет построить рефлектограмму — график изменения скорости звуковой волны по длине сваи. Анализ рефлектограмм дает возможность зафиксировать наличие дефектов в стволе сваи и определить ее длину.

При испытании получают данные о скорости распространения волны и силе удара для строительных элементов (забивных бетонных свай, буронабивных свай, сваи из стальных труб, заполненных бетоном, деревянных сваи и т.д.). Эти данные помогают оценить сплошность и физические размеры свай, то есть площадь поперечного сечения и длину, а так же целостность и плотность материала. Следует отметить, что сейсмоакустический метод «не даёт информации о несущей способности свай».

Для получения достоверных результатов необходимо выполнение следующих условий:

• оголовок сваи должен быть легко доступным, горизонтальным, без обломков;
• не допускается наличие на оголовках свай стоячей воды, цементного молока, трещин или пустот;
• для буронабивных свай испытания проводятся не раньше, чем через 7 дней после их заливки или после того как прочность достигает 75%;
• в случае свай с диаметром более 500 мм, акселерометр устанавливается не менее чем в трех местах для того, чтобы оценить сплошность близ оголовка сваи для каждого выделенного участка;
• удар производится по оси сваи, но на расстоянии не более 300 мм от акселерометра.

Приведем примеры рефлектограмм, полученных на строительных площадках Санкт-Петербурга.

На рисунке 7 представлена рефлектограмма забивной сваи, длина которой 18,4 м. По результатам испытания сейсмоакустическим методом определяемая длина 18,4 м. Дефектов не наблюдается.

Рисунок 7. Рефлектограмма забивной сваи длиной 18.4 м

На рисунке 8 представлена рефлектограмма буронабивной сваи, длиной 35,0 м и среднестатистическая рефлектограмма по площадке. На глубине 6,5 м прослеживается уменьшение импеданса.

Рисунок 8. Рефлектограмма буронабивной сваи длиной 35,0 м: а- рефлектограмма, испытанной сваи, б- рефлектограмма сваи, наложенная на среднестатистическую рефлектограмму по площадке

Определить характер дефекта позволяет пакет прикладных программ, в результате работы с которым можно получить вначале среднестатистическую рефлектограмму по обследованному свайному полю, что позволяет с большой степенью точности выявить дефектные сваи на данном объекте и на следующей ступени получить приведенный профиль сваи и таблицу с результатами обработки.

Принимая решение о возможности дальнейшей эксплуатации свай, инженер должен принимать во внимание геологические условия площадки и технологию изготовления свай, изучить журнал производства работ (дата изготовления, возможные перерывы бетонирования).

Анализ профиля сваи дает дополнительную информацию о минимальном (остаточном) диаметре сваи в месте образования шейки и на основании инженерного расчета позволяет принять решение о необходимости устройства дубля.

Информированность автора проекта повышается, повышается и надежность принимаемых решений.